西北中东部ECMWF-HR云量预报产品与FY-2G云量产品的对比

为了了解ECMWF-HR模式云量预报产品在西北中东部地区的精度,利用2019年10月至2020年9月共计12个月的FY-2G卫星总云量反演产品,对西北地区中东部同时段的ECMWF-HR总云量预报产品进行对比分析,并选取3个典型区分析ECMWF-HR总云量预报偏差的日变化特征。结果表明,ECMWF-HR模式对西北地区中东部总云量的预报偏差白天较小,夜间偏差增大约10%~20%。总云量预报偏差具有明显的季节特征,夏半年ECMWF-HR模式云量预报整体偏多且偏差空间分布均匀;冬半年总云量预报有区域性特征,祁连山区西段明显偏低,甘肃和陕西南部明显偏多,其他大部地区的预报偏差低于夏半年。总体来说,ECMWF-HR模式总云量预报稳定可信,但在祁连山西段和甘肃与陕西南部2个明显异常区域需进行偏差订正。前者需要在模式预报基础上调高10%~30%,后者需要降低20%~30%;订正后的总云量预报与卫星反演结果较为接近,平均绝对偏差约4.5%,且与卫星反演结果具有相似的日变化特征。

利用FY-2C静止卫星资料反演云粒子有效半径的试验研究

为充分发挥FY-2C静止卫星在人工影响天气和气候领域的重要作用,基于SBDART辐射传输模式,利用该卫星通道4(3.5～4.0μm)的探测数据,反演了云粒子有效半径,并与TERRA上MODIS的相应产品做了比较。结果表明,FY-2C和MODIS资料能一致地反映云粒子有效半径分布的主要特征,但反演的粒子大小存在差异。反演算法、卫星分辨率及选取通道的不同可能是造成两种资料间差异的主要原因。

FY-2C/D卫星微物理特性参数产品在地面降水分析中的应用

针对2007年7月14日和2008年8月16日发生在江淮地区的两次强降水天气过程,将FY-2C静止卫星的红外、近红外和可见光通道等多光谱数据反演得到的云液水路径产品与同时段地面观测的加密雨量资料进行对比,发现:云液水路径的大值区与强降水中心的位置基本一致,云液水路径的大小与地面雨量的大小呈现正相关关系。结果显示,卫星反演的云特征参数产品在地面降水分析方面具有可用性。

基于FY-2C数据的地表温度反演验证——以黄河源区玛曲为例

地表温度是气候、水文和生态等研究领域的基本参数,在地表水量和能量平衡的研究和应用中发挥着十分重要的作用。强烈的异质性是地表温度反演精度不高的主要原因之一。该文以黄河源区玛曲为研究区,评估FY-2C数据的地表温度反演精度,为将来温度反演算法和产品的进一步发展提供依据。首先,以与FY-2C相同空间分辨率的MODIS地表温度产品（MOD11B1）为地表温度真值,对反演的地表温度进行了验证;然后,利用研究区内20个采样点的土壤温度（5 cm）实测数据对反演结果进行验证。结果表明,FY-2C地表温度与MODIS温度产品具有较好的相关性,相关系数在0.72-0.95之间,均方根误差在0.44-3.87 K之间,平均均方根误差为1.90 K;反演结果和实测数据的相关系数为0.69。

一次西南低涡造成华南暴雨过程的FY-2卫星观测分析

2008年6月11-13日华南发生了一次西南涡暴雨天气过程,其中,广西区有6个台站11日20时至12日20时的降水打破6月雨量历史纪录,分别为东兰306 mm、环江218 mm、灵川270 mm、桂林251 mm、柳城177 mm和田林163 mm。采用FY-2卫星云图资料、NCEP再分析资料、常规观测资料及地面降水资料,对这次强降水过程的暴雨云团及其影响系统和环境场作了分析研究。结果表明:(1)红外和水汽图像配合,可以反映西南低涡发展东移过程中低层辐合带云系、高空扰动云系和弱冷空气的不同作用,云图的演变过程可以刻画强降雨发生时低层辐合、高层辐散的气流结构。(2)本次广西特大暴雨过程可分为两个阶段,第一阶段主要是西南涡东南侧的暖区降水,对流云团分布范围较广,中尺度对流系统具有涡旋状云系结构;第二阶段有弱冷空气南下,在边界层辐合线的组织下,中尺度对流系统组织成线状云带,南移消失。过程中,无论是红外云顶亮温随时间的演变,或者是红外与水汽亮温差的时间演变均可以反映云团的演变过程,并与强降水有较好对应关系。在局地要素满足暴雨发生的必要条件下,监测多通道亮温的急剧下降,可作为重要指标提前2～3 h预警强降雨的发生。(3)西南低涡暴雨云团出现在西南涡东南和南侧的南风盛行区域,云团发展伴有低空急流加强,同时,云系发展与500 hPa正涡度平流的贡献有关。

FY-2E云导风的算法改进及其在GRAPES中的同化应用研究

2014年国家卫星气象中心全面改进了风云二号卫星云导风产品算法,为评估算法改进后FY-2E云导风资料对我国GRAPES数值模式同化和预报的影响,根据国家卫星气象中心提供的2013年8月算法改进前后的FY-2E红外通道云导风资料,对比分析了两者的观测分布及偏差特征,并利用GRAPES全球模式进行了一个月的连续试验。结果表明,改进算法后的FY-2E红外通道云导风观测数量明显增加,观测误差在600~200 hPa有所减小,风的平均偏差在高层减少,更满足正态分布;连续试验结果表明北半球和东亚地区风场在300~150 hPa分析中改进显著,风的平均偏差和均方根误差明显减少;预报结果显示500 hPa高度场预报距平相关系数略提高,均方根误差略减小;说明改进算法后的FY-2E红外通道云导风对GRAPES数值模式同化和预报均有一定改善。

利用青海湖对FY-1C、FY-2B气象卫星热红外通道进行在轨辐射定标

介绍利用青海湖水面辐射校正场对ＦＹ－１Ｃ、ＦＹ２Ｂ气象卫星热红外通道进行在轨辐射 定标．先用ＣＥ３１２野外热红外辐射计在水面测量水表辐亮度，再经大气订正传递到卫星入 瞳处，大气订正包括大气吸收削弱和大气产生热发射影响，这两部分对卫星信号的贡献通过 辐射传输模式ＭＯＤＴＲＡＮ３７计算出来．同时进行ＣＥ３１２与卫星通道光谱响应匹配，最终 得到卫星入瞳处的表观辐亮度．这个辐亮度与卫星通道的计数值得到该通道绝对定标系数． 我们对两颗卫星进行了多次定标，结果表明利用青海湖进行的在轨定标与星上定标系数相差 ５％左右，相当于３Ｋ的亮温差．

6·23龙卷FY-2G卫星云微物理特征分析

利用FY-2G静止卫星资料,采用多光谱综合分析方法,对2016年6月23日江苏盐城特大龙卷强对流灾害天气进行分析,重点分析强对流云微物理特征和识别强对流的卫星信号,并与雷达、TRMM卫星观测资料进行了对比分析。结果表明:(1)静止卫星RGB合成图能够可视化、便捷显示云微物理特征与发展趋势,对流云2区云团是产生龙卷的主云团,云系移动缓慢、位置基本保持不变是本次龙卷的特点,致使龙卷始终维持在盐城。(2)归纳出龙卷强对流云微物理特征和卫星信号为云顶高、云顶温度(T_(top))达到-80℃,存在过顶现象;云顶粒子有效半径(Re_(top))小、以小冰粒子为主,云砧结构明显,上部存在云粒子有效半径(Re)随温度(T)递减带;晶化温度(T_g)冷,达到同质冻结温度,对应有效半径(Re_g)小。08:00(北京时) FY-2G已探测到1、2、4区云团具有强对流发展潜势,通过卫星跟踪云团强弱变化,及时发现灾害性强对流天气发生云团,加强对该云团监测,提前预警强对流灾害性天气发生,为静止卫星应用于强对流天气监测预警提供新途径。

FY-2C积雪判识方法研究

介绍了利用FY-2C资料进行积雪判识的原理,在阈值法基础上的辅助因子函数积雪判识方法以及相应的FY-2C积雪判识结果精度验证分析等。一般较为常用的卫星遥感积雪判识方法为简单阈值法,由于其带有一定的随机性,很难客观反映下垫面条件差异对阈值选取的影响。以阈值法为基础,将所使用的主要变量以函数形式表达,以海拔高度、地理位置、季节、土地覆盖类型等作为阈值函数的变量,通过大量采样建立起多种阈值函数,从而实现随时空特点变化的阈值实时计算。该方法用于FY-2C积雪判识,较好地解决了FY-2C全圆盘范围内广大区域不同下垫面类型下的实时积雪监测。通过与NOAA-17人机交互积雪判识结果对比分析,该方法的积雪判识精度可达85%左右。

FY-2C高时间分辨率扫描数据在强对流云团监测中的应用研究

利用我国首次获取的静止气象卫星平均10分钟观测间隔的高时间分辨率数据对2011年6月28日～29日发生的一次强对流云团特征进行分析。Hovmller分析图清晰地展示出在高时间分辨率观测条件下云团中心冷核的演变特征。高时间分辨率卫星资料与地面降水量进行联合分析,可推知对流云团中冷核的演变与地面小时降水量大值的落区间有很好的一致性;10分钟雨量资料联合前推1小时内7次平均10分钟观测间隔的卫星红外1通道亮温,分析可知地面雨量较大时,云顶像元亮温具有持续降低或维持低温状态的特点。反映出在对流性强降水中,冷且具有一定稳定性的云顶是产生大降水的主要特征。研究结果显示,静止气象卫星的高时间分辨率观测可很好地捕捉到强对流云团发展的演变特征,利用FY-2C静止气象卫星红外1通道亮温、红外1通道与水汽通道亮温差在高时间分辨率观测中的时差特征变量,可实现对强对流云团初生的有效监测,为强对流云团的预测预报提供支撑。

FY-2C静止气象卫星资料对不透明云云顶气压的反演研究

采用红外窗区通道法尝试对FY-2C静止气象卫星图像上的不透明云的云顶气压进行反演,并结合MODIS反演产品和CloudSat/CPR雷达探测产品对反演结果进行对比分析。结果表明:(1)对于厚实密蔽的云层,不透明云云顶气压的反演结果与MODIS反演结果一致性较好,特别是对于发展较强的对流云和厚实密蔽的多层云,易满足云层比辐射率近似为1的条件,可近似看作黑体;(2)对于单层云和光学厚度不够厚的云层,反演结果更接近辐射中心,尤其是对于锋面云带暖水云上空覆盖卷云的情况,由于FY-2C对于薄卷云的检测不如MODIS细致,导致反演结果与MODIS和CloudSat存在一定偏差。

FY-2G卫星冬夏云量产品偏差分析

开展卫星反演云量的精度评估是业务应用的基础,也是充分发挥卫星观测效益的前提。利用同类卫星产品EOS Aqua/MODIS云产品,选取2015年6月和12月共80个个例,包括43个白天个例,37个夜间个例。采用交叉比对方法对FY-2G云量产品进行相对偏差分析。结果表明:FY-2G与Aqua/MODIS计算云量总体趋势相当,无论从时间分布(白天和夜间)还是季节分布(6月和12月)上看,FY-2G与Aqua云量相对偏差较为稳定,FY-2G反演云量小于Aqua/MODIS反演云量。匹配个例中FY-2G平均云量为72.81%,Aqua/MOD1S平均云量是76.19%,两者相关系数为0.74。两者绝对偏差小于5%的像元比例为72.34%;云量偏差绝对值小于15%的像元比例为79.51%。FY-2G与Aqua/MODIS云量偏差主要来自各自卫星的观测能力与所采用的云检测算法。与具有36个探测通道、星下点最低空间分辨率为0.01°×0.01°的Aqua/MODIS观测数据相比,FY-2G所具有的5通道、星下点最高空间分辨率为0.05°×0.05°的观测数据会出现对云,尤其是破碎云和薄卷云的漏检。两种具有不同时空属性的数据在匹配处理时采用的不同算法也会在比对分析中引入偏差。

利用FY-2F快速扫描资料分析对流初生阶段的云顶物理量特征

基于FY-2F静止气象卫星提供的2015年5—9月的高分辨率数据,通过温度阈值法识别出深、浅对流后,分析和比较了深、浅对流在对流初生(convective initiation,CI)至发展阶段中云顶高度、云顶快速降温率(cloud top cooling rate,CTC)以及多通道差值等云顶物理量特征的变化异同。结果表明:深、浅对流在CI阶段的云顶物理量特征具有相似变化特征,即云顶高度均在短时间内快速上升,CTC值均先减小后增大;深、浅对流差异表现为深(浅)对流云顶上升高度能(不能)超越水汽层高度;深对流CTC最低值较浅对流CTC最低值更低。基于CI阶段深、浅对流的CTC最低值的差异,通过个例验证,表明利用深、浅对流CTC最低值的差异,可以在识别出CI的基础,判断出CI是否发展成为深对流,从而能提前做出预警。

基于FY-2C卫星资料估算四川地面降水方法研究

应用2006年6月6日00时(北京时)至7日06时四川地区的自动站降水资料和FY-2C静止卫星红外亮温资料,共3854对样本,分析发现1小时内的最低红外亮温和红外亮温增量两因子能很好地表征地面1小时累计降水量,且能有效地进行四川地面1小时降水估算,并由此建立了估算降水方法。通过对2006年8月27日13—19时,2006年8月28日04—16时两个时段估算降水结果的初步检验来看,其均方根差都小于2.0mm,随着最低亮温的增加,其均方根差也越小。由此可见,基于FY-2C静止卫星1小时内最低红外亮温和亮温增量来估算四川地面1小时降水是可行的,且效果较好。

基于FY-2E卫星数据的福建沿海海雾遥感监测

利用我国自主研制的风云二号静止气象卫星资料,结合地面自动气象站能见度资料,通过对大量不同时相卫星资料的试验分析,找出台湾海峡海雾、云以及晴空海表等典型下垫面的可见光、热红外和中红外3个通道的光谱特征和变化规律,在此基础上运用反射率阈值实现云雾与海洋表面的自动分离,用亮温阈值实现海雾和低云与中高云的自动分离,用中红外和热红外通道的归一化差值指标实现夜间海雾的自动识别,最后建立台湾海峡海雾自动监测业务软件系统,并选择2015年和2016年地面实测资料对遥感监测结果进行精度验证。研究结果表明:风云静止卫星逐时海雾产品能有效地弥补极轨卫星在监测时次上的不足,很好地为台湾海峡海雾动态监测业务提供数据支持;遥感监测结果与地面观测结果相吻合,总体上较为理想,海雾监测平均准确率白天超过70%,但夜间判识精度低于白天;但同时风云静止卫星遥感技术在海雾和低云的有效分离方面仍然存在局限性。

FY-2G地表温度反演产品改变模式初值对一次台风暴雨模拟的影响

为探讨地表温度初始场在台风暴雨模拟中的重要性,以2015年第13号台风"苏迪罗"为例,分别用FY-2G卫星反演的陆表温度、海表温度产品替换NCEP资料初始场,进行数值模拟试验。对模拟结果进行分量级降水TS评分和预报正确率检验,并对比分析了各试验方案2 m温度场、感热通量和潜热通量场、900 h Pa流场和850 h Pa垂直速度场间的差异。结果表明:使用FY-2G卫星反演的陆、海表温度产品作模式初始场均能不同程度地改善降水模拟效果,但改善程度随时间降低,24 h后其改善作用已较小;陆表温度试验对小雨和中雨量级的预报质量均有提高,而海表温度试验仅提高了小雨量级的预报质量。进一步分析表明,陆表温度试验主要通过改善陆表温度初始场影响感热通量和潜热通量的分布,进而减小台风东北部低层温度正异常,使该区域气旋性环流减弱、垂直速度减小,有效抑制了虚假对流出现,最终达到改善降水预报质量的效果;海表温度试验原理与陆表温度试验类似,但对降水预报质量改善不明显,仅在广东南部沿海地区降水模拟效果较好。

Python在FY-2G定量业务产品自动可视化中的应用

利用Python语言实现了每日对CMACast下发的最新风云二号G星(FY-2G)云导风(AMV)和射出长波辐射(OLR)两个定量业务产品的实时自动解码和可视化出图,并与国家卫星气象中心下发的卫星天气应用平台(SWAP)的显示进行了对比。结果表明:两者显示一致。在显示所有AMV文件风矢量数据的前提下,本文可视化产品较目前版本SWAP的显示更为疏密均匀,没有出现重叠现象;Python出图自带的高洛德(Gouraud)明暗处理渲染方式则在对OLR格点产品可视化显示中提供了一种更为平滑,细腻的方法。利用本研究方法对风云二号卫星定量产品进行可视化具备自动化和视觉美观的特点,值得在基层气象部门业务中推广。

FY-2卫星太阳质子事件监测警报系统及质子事件警报的尝试

介绍搭载在FY－2地球同步轨道气象卫星上的空间粒子监测器和太阳X射线探测器所组成的太阳质子事件监测报警系统；1997－11－04和1997－11－06二次质子事件警报的尝试及相关的观测资料．

FY-2E卫星杂散光评价与分析

通过FY-2E卫星可见光通道、红外1、红外2、红外3、红外4通道的杂散光评价,并且和FY-2D卫星发射初期的各通道杂散光评价对比,得到了FY-2E卫星可见光通道杂散光能量和FY-2D卫星可见光通道杂散光能量基本持平、其中A机通道性能略有提高,红外1、红外2、红外3、红外4各通道的杂散光绝对能量相比FY-2D卫星各红外通道杂散光绝对能量下降约30%～40%、其中红外2通道信杂比明显提高的结论;分析发现,是FY-2E卫星光路系统中的里奥光栏在降低杂散光方面发挥了巨大的作用。

基于FY-2C红外资料进行夜间云检测的方法研究

应用2007年4月30日20时至5月1日03时的FY-2C红外亮温资料、地面云观测资料以及地理海拔高度资料,详细分析了无云条件下红外亮温与地理海拔高度之间的关系特征。通过建立夜间无云条件下红外亮温与地理海拔高度之间对应关系的标准数据库,以此为判据实现了有云区和无云区的分离,云检测个例结果表明正确率可达88%;将无云区误判为有云区的百分比为4%,同时将有云区误判为晴空区的百分比是8%。在云区的云检测正确率为82%;在无云区的云检测正确率达到92%。在业务化应用和适用性分析中,以5月1日00时资料建立的判据,分别对5月2日至5日00时整个区域进行云检测试验,分析结果表明其总体准确率与5月1日00时的基本接近但稍高,达到92%。在云区的判识正确率提高到93%,从而导致总体准确率稍微提高;而在无云区的判识效果与5月1日00时的一致为92%。